Tissu sanguin Hématologie cellulaire

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1 Tissu sanguin Hématologie cellulaire Date : 11/10/2011 Promo : PCEM 2 Plage horaire : 1618h Enseignant : Pr. MoreauGaudry (en remplacement) Ronéistes : Yann Leblond : yannleblond@gmail.com Ian LéonardLorant : leonard.lorant@gmail.com Biosynthèse et dégradation de l hème I. Biosynthèse de l hème A. Introduction B. Étapes de la biosynthèse C. Régulation de la biosynthèse 1. Régulation hépatique 2. Dans les globules rouges D. Pathologie de la biosynthèse a. Porphyries Hépatiques : les plus fréquentes b. Porphyries Érythropoïétiques II. Dégradation de l hème A. Introduction B. Les étapes de la dégradation C. Pathologie du métabolisme de la bilirubine : l ictère 1. Ictère préhépatique/hémolytique 2. Ictère hépatique 3. Ictère posthépatique/par obstruction Envie d une nouvelle expérience? 1/16

2 I. Biosynthèse de l hème A. Introduction L hème est présente dans tous les organismes vivants aérobies. L hème est une porphyrine, une structure tétrapyrolique, centrée sur un atome de fer à l état ferreux (Fe2+). Structure de l hème : protoporphyrine9. Les ponts méthènes relient les 4 noyaux pyrroles. Chaque noyau présente des substituants que sont : Les vinyles en position 2 et 4 Les méthyles en position 1, 3, 5 et 8 Les propionyles en position 6 et 7 Les deux rôles principaux de l hème : C est un groupement prosthétique de l hémoglobine. C est aussi un constituant des protéines intervenant dans les réactions d oxydoréductions et d hydroxylations. Il en existe de nombreuses, notamment au niveau du foie, comme les cytochromes mitochondriaux et cytochromes microsomaux : le cytochrome P450, important au niveau hépatique car il est à la base de nombreux processus de détoxification hépatique. Diverses enzymes héminiques particulières comme les catalases, les péroxydases et des prostaglandines comme les cyclooxygénases (qui elles peuvent contenir soit de l hème soit de l hématine qui est centrée sur un atome de fer à l état ferrique Fe 3+). La réaction hèmehématine est à la base des réactions d oxydoréductions qui se déroulent dans les cytochromes de la chaîne respiratoire. B. Étapes de la biosynthèse La biosynthèse de l hème a lieu dans toutes les cellules de l organisme. Elle est cependant très importante dans les précurseurs érythroïdes (85% de la production d hème est réalisée dans la moelle osseuse pour les GR) et dans le foie (10 à 15% de l hème produite par l organisme). 2/16

3 Les 8 étapes de la biosynthèse amènent à la protoporphyrine9 : (il faut surtout retenir les composés et enzymes) 1. Formation d un acide Δaminolévulinique (ALA) : cette étape est située dans la mitochondrie. C est une condensation de glycine et de succynilcoa pour aboutir à l ALA. Cette première étape est importante car c est l étape de régulation de la biosynthèse de l hème : c est cette première réaction qui va engager toute la synthèse de l hème. Elle est catalysée par l ALAsynthase et nécessite du phosphate de pyridoxal. On passe dans le cytosol : 2. Condensation de deux molécules d ALA pour former un premier précurseur pyrrolique : porphobilinogène. La réaction se fait grâce à l ALAdéshydratase : il y a alors élimination de deux molécules d eau. 3/16

4 3. Formation du tétrapyrrole linéaire (quatre pyrroles), hydroxyméthylènebilane HMB : condensation de quatre molécules de porphobilnogène (en «tête à queue») par des ponts méthylènes. On obtient donc un noyau qui est un composé linéaire. 4. Cyclisation de ce composé linéaire avec l aide de l uroprophyrinogène3synthase pour former de l uroporphyrinogène3. Il existe une maladie qui porte sur un déficit de cette enzyme : la cyclisation se fait malgré tout de façon spontanée mais sans inversion du dernier pyrrole : on appelle alors cette isomère un isomère de type 1 aboutissant au final à un isomère nonmétabolisable : c est une impasse métabolique où le composé s accumule dans la moelle osseuse et ne va jamais pouvoir donner de l hème. 5. Décarboxylation pour former le coproporphyrinogène3. Cette étape s effectue grâce à l uroporphyrinogènedécarboxylase qui induit une décarboxylation des chaînes latérales acétates : les 4 chaînes acétates vont donner 4 méthyles. 4/16

5 On revient dans la mitochondrie : 6. Oxydation du coproporphyrinogène3 : formation du protoporphyrinogène. Les deux chaînes propionates sont transformées en groupements vinyles. 7. Oxydation du protoporphyrinogène par la protoporphyrinogèneoxydase : formation de la protoporphyrine. La différence entre le protoporphyrinogène et la protoporphyrine (en plus de l oxydation) est la présence de ponts méthènes (doubles liaisons) qui donnent une rigidité plus importante (par rapport aux ponts méthylènes). 8. Incorporation du fer sous forme ferreux Fe2+ grâce à la ferrochélatase. Cette réaction est tout à fait coordonnée car la fixation du fer se fait sur l enzyme avant d aller sur la protoporphyrine. 5/16

6 C. Régulation de la biosynthèse La régulation de la biosynthèse de l hème tient compte de deux sites majeurs de production avec des besoins différents : les flux métaboliques varient donc entre le foie et les érythrocytes. Cette régulation porte sur la première étape d engagement de la biosynthèse : l ALAsynthase qui est codée par 2 gènes différents : Gène érythroïdespécifique : ALA S2 (synthase 2) Gène ubiquitaire : ALA S1 (synthase 1) Dans la moelle osseuse, c est la synthèse des GR qui a besoin d énormément d hème alors que dans le foie c est la synthèse des différente hémoprotéine avec en particulier le cytochrome P450 qui représente 65% de la demande d hème. 1. Régulation hépatique Ici, c est l hème qui a un rôle central de régulateur : l hème est capable de bloquer l enzyme ALA S1 : c est un feedback négatif. Ce blocage peut se faire à tous les niveaux de la synthèse même de cette enzyme : Transcription du gène Traduction de l ARNm Translocation de l enzyme dans la mitochondrie 6/16

7 2. Dans les globules rouges Dans la moelle osseuse, c est le fer Fe 2+ qui a un rôle central régulateur : il est capable de stimuler l enzyme ALA S2. Il existe une augmentation de l activité de l enzyme au cours de la différenciation érythropoïétique pour former beaucoup d hèmes lors de la synthèse. Le promoteur du gène ALAS2 est érythroïdespécifique. Il est activé par les facteurs de transcription et on a donc une augmentation de la synthèse de cette enzyme. C est une régulation transcriptionnelle mais aussi un mécanisme posttranscriptionnel qui a lieu avec IRE et IRP (éléments de réponse au fer et sa protéine associée). En effet, l ARNm du gène ALAS2 possède dans la partie 5 noncodante (en amont de la partie codante) ce que l on appelle un élément de réponse au fer IRE (Iron Response Element). Dans le cas où les apports en fer sont limités : on a une protéine IRP qui vient se fixer sur cette IRE et cette obstacle empêche la traduction/synthèse des messagers et donc de l ALAS2. Par contre, lorsque la concentration en fer est importante, l IRP est inactive car c est le Fer qui se fixe sur l IRE : le gène est traduit. 7/16

8 D. Pathologie de la biosynthèse Chaque enzyme (les 8) peuvent avoir un déficit et on aura alors une maladie différente à chaque fois. Une porphyrie : maladie métabolique caractérisée par l accumulation ou l excrétion accrue de porphyrines ou de leurs précurseurs ALA et PBG. Chaque porphyrie est liée à un déficit d une des enzymes de la biosynthèse mais elles peuvent être classées en 2 groupes en fonction du tissu où le trouble métabolique prédomine : a. Porphyries Hépatiques : les plus fréquentes La Porphyrie aiguë intermittente (PAI) C est la plus fréquente et sévère des porphyries aiguës. Elle correspond à un déficit en BPGDésaminase. Comme on est dans une chaîne métabolique, tout déficit entraîne une accumulation des composés en amont. En ce qui concerne la PAI, on a une accumulation des précurseurs PBG et ALA. Le diagnostic se fait par le dosage des précurseurs. Le foie est donc atteint : on va donc retrouver des porphyrines dans les urines. 8/16

9 Cette triade de signes cliniques entraîne donc au moment de la crise : Des douleurs abdominales intermittentes, Troubles neurologiques (très polymorphes avec des paralysies ou troubles psychiques, anxiété, confusion qui est du à la neurotoxicité de l acide Δaminolévulinique avec action contre la conduction nerveuse. Il peut y avoir aussi des hallucinations), Coloration franchement anormale des urines (brun/rouge, «porto») qui se colorent à la lumière (30 à 60 min après l émission des urines). Il est important de connaître les signes cliniques car on ne pense pas forcement à la porphyrie aiguë intermittente au moment de la crise. Il arrive souvent qu il y ait des interventions chirurgicales exploratrices dues aux douleurs abdominales ou des prises en charges psychiatriques abusives. Les facteurs déclenchant de cette crise : Prise de médicaments, barbituriques, œstrogènes, alcool à trop forte dose (hum hum..) Infections Tout ceci entraîne un déficit en cytochrome P450, enzyme détoxifiante : on a alors plus suffisamment d hème régulateur. Le fait de ne plus avoir d hème, lève l inhibition de sa synthèse, entraîne une augmentation de sa production et accumulation des précurseurs (cercle vicieux ). Traitement : Il faut restaurer le pool d hème pour arrêter le cycle : pour cela on fait des perfusions d hèmearginate (hème stabilisée par de l arginine) pendant 34 jours. Il faut aussi supprimer la cause du déclenchement de la crise (médicament ou infection). Les patients sont ensuite connus et suivis, surtout sur la prise des médicaments. Il peut arriver que les patients fassent des crises de façon sporadique. La porphyrie cutanée tardive : C est une maladie encore plus fréquente que la porphyrie aiguë intermittente. 9/16

10 La diagnostic est limité à la peau : Photodermatosebulleuse au niveau des régions exposées au soleil. Il existe des formes sporadiques et génétiques qui sont liées à un déficit en uroporphyrinogènedécarboxylase. Les lésions tissulaires sont dues au fait que les porphyrines sont photoréactives et libèrent des radicaux oxygénés lors de la stimulation par le soleil. Manifestations cliniques : Vésicules avec cicatrisations hyperpigmentées A la différence de la porphyrie aiguë intermittente, il n y a pas de crises abdominales. La coloration des urines est aussi un signe clinique, mais à la différence des PAI, les précurseurs sont normaux. Par contre certains composés comme l uroporphyrine et la coproporphyrine ont un taux très élevé dans les urines (qui peut être confirmé par une forte concentration de coproporphyrine dans les selles). Traitement : La saignée est associée à une amélioration clinique. Les patients ont une dépendance au fer. b. Porphyries Érythropoïétiques Porphyries érythropoïétique congénitale ou Maladie de Gunther : Elle est extrêmement rare et c est la plus grave des porphyries. Elle est liée à un déficit en uroporphyrinogène3synthase. Elle se caractérise par une atteinte cutanée très sévère avec anémie hémolytique très sévère aussi. Le traitement est la greffe de moelle allogénique. Autres types de maladies : Déficit en ALAS2 : Ce déficit du gène érythroïde l ALAsynthase se traduit par une anémie sidéroblastique congénitale et une surcharge en fer. Frottis sanguins : en bas, sujet atteint d une anémie sidéroblastique par déficit en ALA S2. On peut y avoir une anémie hypochrome avec des GR en cibles et également une accumulation de fer. L accumulation de fer est plus facilement visible au niveau de la moelle : coloration de Perls. 10/16

11 Saturnisme (maladie acquise) : maladie rare qui se traduit par une intoxication par le plomb chez les enfants (peinture des murs des habitats insalubres que les enfants s amusent à manger?). Le plomb inhibe 2 enzymes spécifiques : l ALAdéshydratase et la ferrochélatase ce qui se traduit par une accumulation en amont de la protoporphyrinogène3 et de l ALA. On fait le diagnostic par l augmentation de l ALA et de la coproporphyrine urinaire. II. Dégradation de l hème A. Introduction La dégradation de l hème correspond à la destruction des GR et des érythrocytes sénescents (rappel : la durée de vie d un GR est de 120 jours). Cette hémolyse se fait par les macrophages de la rate (la rate est un organe qui filtre les cellules en fonction de leur déformabilité) : les GR vieillis se déforment plus facilement et sont éliminés par ce filtre. Ces destructions sont aussi effectuées dans le foie et dans la moelle osseuse 1% du volume cellulaire est recyclé par jour ce qui représente 20ml de GR sur les 2L d un homme de 70Kg. C est donc dans ce système réticuloendothélial SRE que 100 millions de GR sont détruits par heure avec un turnover de 6g d hémoglobine. Les GR sont phagocytés par les macrophages, l hème est dégradée par l hèmeoxygénase et le Fe2+ est exporté par la ferroportine pour être transformé en Fe3+ par la céruloplasmine dans le macrophage. B. Les étapes de la dégradation L hème qui provient de L Hb mais aussi des hémoprotéines est transformée en 2 composés : la biliverdine et la bilirubine : 1. L hèmeoxygénase va cliver l hème au niveau de son pont αméthène entre le cycle A et le cycle B pour donner la biliverdine. 2. Formation de la bilirubine : la bilirubine est formée par la biliverdineréductase avec utilisation de NADPH. C est une réduction des ponts méthènes centraux. 11/16

12 Devenir de la bilirubine : Cette bilirubine est très liposoluble et donc peu hydrosoluble. Pour être éliminée, elle a besoin d une conjugaison. Cette dernière est permise l UDPgluconosyltransférase : les deux glucuronyles se fixent sur la bilirubine pour la rendre hydrosoluble : les groupements propionates sont estérifiés par les acides glucuroniques pour donner de la bilirubine conjuguée. Aucune autre voie n est possible pour l élimination. Cette conjugaison se fait au niveau hépatique. La bilirubine est peu soluble dans le sang et donc pour y circuler elle a besoin d être liée à l albumine (protéine porteuse) car celleci possède des sites de fixations à haute affinité pour la bilirubine. Métabolisme de la bilirubine dans le foie : 1. Capture de la bilirubine par le foie : il s agit d un phénomène actif au niveau de la surface sinusoïdale des hépatocytes. 2. Liaison de la bilirubine avec des protéines en intrahépatiques : les ligandines. 3. Conjugaison qui peut se faire en mono/diglucuronyle (le second est plus fréquent): cette estérification entraîne l hydrosolubilité de la bilirubine. 4. Excrétion de la bilirubine conjuguée par les canalicules biliaires qui vont se déverser dans les voies biliaires. Cette excrétion est permise par un transporteur MRP2. Destinée des pigments biliaires Ensuite les pigments biliaires vont subir une action des bactéries intestinales qui ont une action assez spécifique et qui impliquent : Une perte de l acide glucuronique, Transformation en pigments biliaires terminaux : urobilinogène puis urobiline (peut aussi être captée dans les urines leurs donnant leur couleur jaune) et stercobiline : retrouvées dans les selles. C est ce qu on appelle le cycle entérohépatique. 12/16

13 Régulation de la dégradation : L étape limitante de la dégradation de l hème est l hèmeoxygénase : lorsqu on a une accumulation d hème, on a une augmentation de l activité de l hèmeoxygénase ce qui va entraîner une augmentation de la synthèse d ARNm (mécanisme transcriptionnel). C. Pathologie du métabolisme de la bilirubine : l ictère Toutes les anomalies qui concernent le métabolisme de la bilirubine peuvent se traduire par un ictère (jaunisse) : coloration jaune des téguments et de la conjonctive. Cette coloration est visible dès que le taux de bilirubine dépasse 35µmol/L. La valeur normale de la bilirubine totale est de 25µmol/L. o Classification biochimique : Dans la classification biochimique on distingue la bilirubine nonconjuguée/libre/indirecte et la bilirubine conjuguée/directe. o Classification fonctionnelle : Dans la classification fonctionnelle des ictères, on distingue 3 ictères : l ictère préhépatique/hémolytique, l ictère hépatique et l ictère posthépatique/par obstruction. 1. Ictère préhépatique/hémolytique Cet ictère est dû à une augmentation de la destruction des GR par hémolyse qui se traduit par une augmentation du turnover de la bilirubine : on a beaucoup plus de bilirubine et comme on n est pas passé par le foie, on parle alors d hyperbilirubinémie libre. Lorsque la fonction hépatique est normale, cette hyperbilirubinémie est relativement modérée car la moelle osseuse n est capable que d augmenter de 8 fois la production de GR en réponse à un stress hémolytique : le taux ne dépasse pas 70µg/L. Si le taux est supérieur, on a un dysfonctionnement hépatique. 13/16

14 a) Origine corpusculaire : (maladies génétiques des GR) Hémoglobinopathies (drépanocytoses, thalassémies), Maladies des membranes des GR (spérocytose : défaut de la membrane des GR qui vont être déformés et filtrés par les macrophages et entraîner ainsi une hémolyse accrue), Déficits enzymatiques (déficit de la glycolyse, voie des pentoses phosphates, GSH, anomalies de l hème ) b) Origine extracorpusculaire : Destruction des GR qui peut être due soit à une origine immunologique, soit à certains médicaments qui peuvent entraîner cette hémolyse. 2. Ictère hépatique a) Anomalies de captation et d excrétion de la bilirubine : Ictère héréditaire à bilirubine conjuguée ou Maladie de DubinJohnson. On ne connaît que depuis peu (34 ans) la cause de cet ictère : il s agit d un déficit du canal d excrétion MRP2. Ce déficit entraîne une rétention de la bilirubine et une accumulation de bilirubine conjuguée dans le foie. Elle se traduit par des pigments bruns dans la hépatocytes. C est une pathologie bénigne sans traitement à ce jour. Maladie de Rotor, très rare et sans cause connue exacte. 14/16

15 b) Anomalie de la glucuronoconjugaison : bilirubinémie libre. Ictère physiologique du nouveauné : Cet ictère est très fréquent puisque 50% des nouveaux nés l ont (75% des prématurés). Cet ictère se traduit par une accumulation de bilirubine nonconjuguée et il est dû à une immaturité transitoire hépatique pour la synthèse de la glucuronyltransferase et de la ligandine. Cela dur de 3 à 10 jours. Ictère pathologique du nouveauné : C est un ictère plus sévère associé à une anémie et une hépatosplénomégalie. Cette sévérité est très importante si le taux de bilirubine dépasse 250µmol/L : les nourrissons ont une immaturité de la barrière hématoencéphalique. La bilirubine libre en excès va franchir cette barrière et créer une encéphalopathies par hyperbilirubinémie toxique. Cette pathologie est appelée ictère nucléaire. La bilirubine peut devenir toxique surtout au niveau des noyaux gris centraux et peut s accompagner d un retard mental si le taux est très élevé et que la prise en charge n a pas été bonne. Traitement pour les ictères physiologique ou pathologique : Exposition aux UV : ils transforment la bilirubine insoluble en photoisomères beaucoup plus solubles qui peuvent être excrétés dans la bile sans conjugaison. Déficits enzymatiques héréditaires : Syndrome de Gilbert : 5% de la population est atteinte par ce syndrome C est un ictère bénin avec un taux entre 20 et 60 µmol/l. Il est du à des mutations dans le promoteur des gènes UGT1A : c est une mutation dans les séquences TATA du promoteur, en amont du premier exon avec donc une expression plus faible et une moins bonne conjugaison. Maladie de CriglerNajjar : Type 2 : sévère : taux de bilirubine entre 100 et 300 µmol/l : amélioré par phénobarbital Type 1 : très rare et très sévère. Il peut atteindre jusqu à 300 a 800 µmol/l de bilirubine. Il est très difficile à soigner avec des risques d ictères nucléaires chez les nourrissons Traitement : photothérapie quotidienne + exsanguinotransfusion ou encore transplantation hépatique. 15/16

16 c) Lésions acquises de l hépatocyte : pathologie métabolique de la bilirubine avec un taux > 35µmol/L. 3. Ictère posthépatique/par obstruction Il existe ici un obstacle au niveau des voies biliaires et une diffusion de la bilirubine par reflux. Les obstacles dans les voies biliaires peuvent être tout simplement une lithiase (bénigne), le cancer de la tête du pancréas, cancer des voies biliaires ou atrésie des voies biliaires. Diagnostic : hyperbilirubinémie conjuguée qui peut être considérable et pouvant monter jusqu à 500 µmol/l. Certaines enzymes de la cholestases sont augmentées (PAL, γgt et 5 nucléotidase) Au niveau des urines on retrouve de la bilirubine et des acides biliaires tels que la cholalurie. Lorsqu il y a un obstacle au niveau des voies biliaires, il n y pas de pigments biliaires dans les selles ce qui va se traduire par des selles décolorées. L absence de sels biliaires (qui permettent normalement à l émulsion et à la solubilité des lipides) entraîne une mal absorption avec une steatorrhée (présence de graisse dans les selles). 16/16